直齿圆柱齿轮设计
1.齿轮传动设计参数的选择
齿轮传动设计参数的选择：
1）压力角α的选择
2）小齿轮齿数Z1的选择
3）齿宽系数φd的选择
齿轮传动的许用应力
精度选择
压力角α的选择
由《机械原理》可知，增大压力角α，齿轮的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的压力角为α=20o。为增强航空有齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了α=25o的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2，压力角为16 o～18 o的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。
小齿轮齿数Z
1
的选择
若保持齿轮传动的中心距α不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低齿轮的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。
闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多
一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z
1
=20~40。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿
数，一般可取z
1
=17~20。
为使齿轮免于根切，对于α=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z
1≥17。Z
2
=u·z
1
。
齿宽系数φ
d
的选择
由齿轮的强度公式可知，轮齿越宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适合。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值列于下表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为
所以对于外捏合齿轮传动φ
a
的值规定为0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。运用设计计算公式时，对于标准减速器，可先选定再用上式计
算出相应的φ
d
值
表：圆柱齿轮的齿宽系数φ
d
装置状况两支撑相对小齿轮作对
称布置两支撑相对小齿轮作不对
称布置
小齿轮作悬臂布
置
φd0.9～1.4（1.2～1.9）0.7～1.15（1.1～1.65）0.4～0.6
注：1）大、小齿轮皆为硬齿面时φ
d
应取表中偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮为
软齿面时φ
d
可取表中偏上限的数值；
2)括号内的数值用于人自齿轮，此时b为人字齿轮的总宽度；
3)金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，φ
d
可小到0.2；
4)非金属齿轮可取φ
d
≈0.5～1.2。
齿轮传动的许用应力
齿轮的许用应力[σ]按下式计算
式中参数说明请直接点击
疲劳安全系数S
对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声、振动增大，并
不立即导致不能继续工作的后果，故可取S=S
H
=1。但是，如果一旦发生断齿，就
会引起严重的事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度的计算时取S=S
F
=1.25~1.5.
寿命系数K
N
，查图1
弯曲疲劳寿命系数K
FN
，查图2
接触疲劳寿命系数K
HN
图中N=60njL
h
n——齿轮转速(rpm),
N——齿轮工作应力循环次数
j——齿轮每转一圈时，同一齿面啮合数
L
——为齿轮的工作寿命（h）
h
图1：弯曲疲劳寿命系数K
FN
1一调质钢，珠光体、贝氏作球星铸铁，珠光体黑色可银铸铁；
2一镇联淬火用，火焰或感应表面淬火锅；
3一氨化的调质钢或氯化钢，铁索作球＊铸铁，结构纲．灰铸铁；
4一碳氮共修的调质钢
图2：接触疲劳寿命系数K
HN
1—结构钢．调质钢，珠光作、贝氏作球墨铸铁，
珠光体黑色可依铸扶，掺假淬火锅（允许一定点蚀）；
2—材料同1，不允许出现点蚀；
3—灰铸铁，铁素作球墨铸铁，氯化的调质钢或氨化钢；
4—联氛共修的调质钢
齿轮疲劳数极限σlim
齿轮精度选择
齿轮精度选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围，列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。
表：各类机器所用齿轮传动的精度等级范围
机器名称精度等级机器名称精度等级
汽轮机3~6 拖拉机6~8
金属切削机床3~8 通用减速机6~8
航空发动机4~8 锻压机床6~9
轻型汽车5~8 起重机7~10
载重汽车7~9 农用机器8~11
注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，精度等级偏上限选择；辅助传动的齿轮或一般齿轮传动，精度等级居中或偏下限选择。
图：齿轮传动的精度选择圆柱齿轮传动
2. 齿轮常用材料:
齿轮材料的选择基本要求
齿轮材料的选择原则
齿轮材料的选择基本要求：齿面要硬，齿心要韧
常用材料及机械性能如下表
表：常用材料及机械性能
材料牌号热处理方法
强度极限
σ
B （MPa）
屈服极限
σ
S
（MPa）
硬度（HBS）
齿芯部齿面
HT250 250 170~240
